[发明专利]一种基于正交码本的毫米波MIMO系统的收发联合混合预编码方法

权利要求书

1.一种基于正交码本的毫米波MIMO系统的收发联合混合预编码方法，其特征在于包括以下步骤:

步骤一.建立毫米波MIMO系统的收发联合的混合预编码问题的模型；

步骤二.引入等效信道的概念，设计正交码本，通过对混合预编码问题的模型进行化简，转化成最大化等效信道增益的优化问题，进而联合设计收发端的模拟预编码；

步骤三.给定收发端模拟预编码，得到等效信道矩阵，依据等效信道矩阵的奇异值分解，联合设计收发端的数字预编码；

步骤四.输出收发端的数字预编码和模拟预编码。

2.根据权利要求1所述的基于正交码本的毫米波MIMO系统的收发联合混合预编码方法，其特征在于，所述的步骤一中的联合混合预编码模型为：

上述公式中，F_RF，W_RF分别表示收发端的模拟预编码。F_BB，W_BB分别表示收发端的数字预编码。是处理后的噪声协方差矩阵。因为模拟预编码是通过移相器实现的，因此必须满足恒模的约束。我们将F，W分别作为收发端的模拟预编码的可选集，也就是码本，所以恒模约束可以表示为[F_RF]_:,l∈F，[W_RF]_:,l∈W，其中，[F]_:,l表述F矩阵的第l列。表示发射端的功率约束，N_s为数据流数。

3.根据权利要求2所述的基于正交码本的毫米波MIMO系统的收发联合混合预编码方法，其特征在于，所述的步骤二引入的等效信道为同时引入DFT正交码本作为收发端的码本F，W。因为无约束最优预编码是正交的，目的是为了消除多流数据之间的相互干扰，从而得到更高的信道容量。受这种结构的影响，我们假设数字预编码矩阵和组合矩阵也是正交的，可以表示为：这样的话，优化问题就可以转化成：

其中SNR定义为为H_e的前N_s个特征值的平方构成的对角矩阵。所以最大化频谱效率等效为最大化或的迹，也就是最大化等效信道的增益。

因为F，W分别作为收发端的模拟预编码的正交码本，定义A矩阵表示由码本F组成的矩阵，B矩阵是由W组成的矩阵，则表示所有的情况。根据上面的分析，优化问题转换成了在码本里面选择合适的码字最大化或对角线上前N_s个元素的和，从而联合完成收发端模拟预编码，得到F_RF，W_RF。

4.根据权利要求3所述的基于正交码本的毫米波MIMO系统的收发联合混合预编码方法，其特征在于，根据步骤二，可以得到等效信道矩阵对其进行SVD分解为H_e＝UΣV^H。因为最优的收发端数字预编码矩阵，分别是信道矩阵的右奇异向量矩阵和左奇异向量矩阵的前N_s列。我们就可以直接得到收发端数字预编码矩阵，分别表示为：

5.根据权利要求4所述的基于正交码本的毫米波MIMO系统的收发联合混合预编码方法，其特征在于，根据步骤四，输出收发端模拟预编码F_RF，W_RF和收发端数字预编码F_BB，W_BB。